[发明专利]一种液相催化生长制备石墨烯的方法

说明书

本发明涉及石墨烯制备领域，具体涉及液相催化生长制备石墨烯的方法。其显著的特点是将蔗糖作为前驱体，通过焦化反应，制备得到石墨烯量子点；以纳米级石墨烯量子点作为晶核，再通过碘酒催化，制备得到微米级石墨烯。本发明的液相催化生长石墨烯，易于成膜，且产率大，环境友好，属于溶液加工技术。这种方法制备的石墨烯，堆叠无序，不同于有序堆叠的石墨，有利于石墨烯的实际化应用。此外，催化生长得到的石墨烯薄膜，表面结构的褶皱现象，为该法制备的石墨烯在储能电池的应用提供了依据。该发明，填补了石墨烯液相催化生长的空白，是适合于石墨烯产业化生长要求的一种新型制备技术。

技术领域

本发明涉及石墨烯制备领域，具体涉及一种液相催化生长制备石墨烯的方法。

背景技术

作为二维材料的先锋，石墨烯自安德烈海姆研究团队发现以来，由于其优异的物理、化学性能，在各个研究领域已经引起了巨大的关注。随着石墨烯研究的深入，通过利用石墨烯的独特的性能，石墨烯的一系列的新颖应用已经被科学家们开发出来，如利用石墨烯的高透光性（可见光透过率97.7%）、柔性和高导电性，石墨烯可用于柔性器件及透明电极，利用石墨烯的高的载流子迁移率（2.5x10⁵ cm²V^-1s^-1在室温下）可制备出快速响应的石墨烯光电探测器，利用石墨烯的高的热导率（3000 WmK^-1）可制备出可穿戴的石墨烯温度传感器，利用石墨烯的磁性可制备出具有过滤水分中盐类成分的石墨烯过滤膜，利用石墨烯在溶液中的褶皱特性可制备出高性能的石墨烯储能电池等等。虽然这些应用的开发越来越多的得到报道，一些新奇的应用也在开发中，但是这些应用均处于实验室研究水平，这是由于受限于石墨烯的工业化制备技术。因此石墨烯的工业化生产变得越来越紧迫，特别是开发出一种适用于实际化生产的石墨烯制备技术在石墨烯的工业化应用中就变得十分关键。

现目前，石墨烯的制备技术主要集中于机械剥离法（最早发现石墨烯的方法），化学气相沉积法（最广泛使用的方法），外延生长法（最昂贵的方法），液相剥离法、氧化还原法（最损害环境的方法）和分子自组装法（最前沿的方法），这些方法各自都有优点和缺点，如机械剥离法制备的石墨烯质量最高，其性能最佳，但由于低的成品率，使得这种方法只适用于石墨烯的实验室研究；传统的金属催化的化学气相沉积法由于制备过程的复杂性，尤其是转移过程极度地降低了成品率，但通过研究者们的努力，已经开发出各种各样的化学气相沉积方法，如无需金属催化的化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积等等，这些技术可以避开传统的金属催化的化学气相沉积方法中的转移引起的缺陷问题，但也有不足，如由于不完美的晶核及无催化反应石墨烯的性能大幅度地下降；液相剥离和氧化还原方法，由于这两种方法属于溶液加工法，这使得制备的石墨烯溶液易于成膜，对衬底无需选择，且这两种方法的石墨烯产率十分巨大，但制备过程中使用的强酸、强碱等剧毒和易爆炸的化学药品，使得这两种方法对环境的破坏性极大，不符合工业化生产的环保要求，是极不提倡的方法；分子自组装方法是目前较为前沿的技术，受限于前驱体的选择，使得石墨烯的产量及成本极其昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种适合于石墨烯产业化生长要求的液相催化生长制备石墨烯的方法。

本发明公开了一种液相催化生长制备石墨烯的方法，其特征在于：具体制备方法如下：

（1）将称量好的蔗糖按照10-100 mg/ml的浓度溶解于去离子水中，置于常温磁力搅拌器上，搅拌均匀，直至蔗糖完全溶解；

（2）将步骤（1）得到的均匀蔗糖溶液置于能够加热的磁力搅拌器上，在150 ℃-200℃下，边搅拌边加热，使溶液加热均匀，通过1-2 h的加热搅拌，溶液从无色变为黄色，得到均匀的粘度较大的黄色液体；

（3）称量步骤（2）得到的均匀的黄色粘稠液体，酒精和去离子按体积比0-3:1混合为溶剂，使用酒精和去离子水的混合溶剂配制浓度200-500 mg/ml的石墨烯量子点溶液，置于常温磁力搅拌器之上，得到均匀的石墨烯量子点溶液；